三维光晶格在镱原子光钟中的应用研究

首先介绍了镱原子光晶格钟的基本原理及构成,随后提出了三维光晶格在镱原子光钟上应用的可行性。通过操控光晶格中冷镱原子的量子特性,降低了光晶格频移的不确定度,提高了光钟性能。在Mott绝缘区域中将冷镱原子装载到三维光晶格的基带中,使原子密度最大化,从而极大地抑制了光频移。在JILA小组锶原子费米简并三维光晶格的实验基础上,提出了对于镱原子光钟也可采用三维光晶格结构的方案,阐述了抑制镱原子光钟三维方向标量、矢量和张量频移的方法。最后对冷镱原子三维光晶格钟的应用研究进行了展望。     

核磁共振陀螺仪中三维磁场的初步锁定

核磁共振陀螺仪内部空间的三维磁场锁定作为关键技术之一,对于核磁共振陀螺仪的角度随机游走及零偏稳定性具有较大的优化作用。实验装置选用充有CS、~(129)Xe、~(131)Xe以及N_2的方形原子气室,选择895nm圆偏振光作为泵浦光,852nm线偏振光作为探测光,通过对纵向磁场进行调制,实现了三维原子磁力计。通过提升气室温度对纵向磁场的锁定效果进行优化后,在3个方向的磁场起伏范围均稳定至7nT(5000 s)以下,锁定后磁场的千秒稳定性比锁定前提升至少1个量级。     

基于被动相位噪声补偿的自由空间光学频率传递

针对自由空间光信号传输更易受到环境影响的特点，提出了一种被动相位噪声补偿技术。该方法利用探测往返传输的光信号与发射端参考信号拍频获得链路引入的相位噪声，在发射端通过声光移频器（acousto-optic modulator, AOM）对待传递信号移频取共轭即可在接收端获得相位稳定的光学频率信号。该方法避免了使用复杂的鉴相和伺服控制电路，使系统具有更快的补偿速度且没有鉴相范围的限制。实验结果表明，150 m的室外自由空间链路的平均时间1 s的附加频率不稳定度约为1.9×10-16，平均时间1 000 s的附加频率不稳定度约为4.6×10-19。该相位噪声补偿技术为高精度的自由空间光学频率传递提供了一个简单可靠的方案。     

谐振式光子晶体光纤陀螺信号检测及处理技术研究

谐振式光子晶体光纤陀螺是一种具有小型化、高精度等潜在技术优势的新型光纤陀螺,是国内外惯性器件研究的一个重要发展方向。针对谐振式光子晶体光纤陀螺的结构和信号检测原理进行了详细的叙述,确定了基于FPGA的陀螺信号检测总体方案,陀螺信号处理及控制模块主要由频差信号解调、复合拍频检测、闭环反馈控制、数据编码输出以及调制信号模块组成;随后重点介绍了窄线宽半导体激光器的驱动控制方案,在调制解调及频率偏差检测方案上采用数字相敏检波器实现频率偏差检测,在谐振频率闭环跟踪锁定方案上采用数字PI控制器实现环路光频率控制;最后进行了谐振式光子晶体光纤陀螺实验测试系统搭建,以及谐振曲线测试和谐振频率闭环锁定测试。     

基于三维原子磁强计的核磁共振陀螺仪实验优化

核磁共振陀螺仪内嵌三维原子磁强计是实现核磁共振陀螺仪小型化的一种有效途径,故介绍了一种基于三维原子磁强计的核磁共振陀螺仪.对影响三维原子磁强计性能的重要参数进行了优化,得到了较优的x轴、yy轴和z轴磁强计信号标度因子,进而实现了更灵敏的三维原子磁强计.在三维磁场闭环锁定6000 s后,测得核磁共振陀螺仪的角度随机游走和零偏稳定性分别为0.038(°)/h1/2和0.94(°)/h.     

一种宽带高速跳频载波频综结构的设计

将DDS（直接数字合成）与PLL（锁相环）频率合成技术相结合,采用多环并列流水线结构,设计出混合扩/跳频系统的载波频率综合单元。利用DDS技术可实现频率分辨率高、转换时间快等要求,利用PLL技术可实现杂散抑制性能高、扩展宽带等要求,并采用多环并列硬件结构保证了系统的跳变速度和宽频带指标。经闭环测试平台的测试,系统达到350～1800MHz带宽可变,频率跳变速度10 000跳/s可变,杂散抑制优于-80dBc。文章首先给出详细的硬件设计方案及其实现,同时理论分析了个各项指标的优化,最后给出闭环测试平台的搭建以及最终测试结果。     

一种应用于空间氢钟的C场组件设计

基于零磁环境下,以空间主动氢脉泽对C场组件实际功能要求为设计依据,首先借助电磁理论,同时兼顾工程设计确定中心场及补偿场线圈的绕制方法及圈数;其次通过通电螺线圈的经验公式计算获得目标均匀静磁场所需要的稳恒电流;最后借助仿真优化及实验验证,确定中心场及补偿场线圈电流分别为0.378mA和0.259mA时可实现小于1％的场不均匀度,由此引起的氢钟磁场不均匀频移可以忽略.     

光抽运小铯钟及其在PNT应用

对比分析了大小铯原子钟及其在PNT中的应用,在此基础上介绍了基于光抽运技术方案实现的国际上第一台商用小铯钟。在研制原理样机和工程样机的过程中,解决了激光稳频、铯束准直等关键技术和工作温度、振动、EMC等环境难题,技术状态满足小批量生产要求,频率稳定度可达10-15,频率准确度优于10-12,技术指标达到国际同类小铯钟5071A水平。分析了光抽运小铯钟作为守时原子钟如何应用于时间频率基准实验室、数字通信同步网、卫星导航地面站、长波导航路基站等PNT体系。     

芯片级光钟技术综述

芯片级光钟是一种基于热原子中光频跃迁的新型光钟,近年来随着光子集成技术、激光技术和微机电技术的发展,该类光钟可以实现较小的体积和较高的精度,有望广泛应用于对体积、质量、功耗和精度敏感的各种国防装备中.介绍了国内外芯片级光钟技术的进展情况,阐述了芯片级光钟的相关技术,包括基于双光子跃迁的光频标技术、微制造气室技术和微腔光频梳技术等,分析了影响频率稳定度和准确度的主要因素,最后对芯片级光钟面临的机遇和挑战进行了简要的展望.     

基于闭环电流平均值法的永磁同步电机谐波抑制方法

由于逆变器的非线性及永磁同步电机(PMSM)的气隙磁场畸变,在运行过程中PMSM定子电流中含有大量的谐波分量,导致电流波形发生畸变,从而引起较大的转矩脉动。针对传统谐波抑制方法采用低通滤波器(LPF)提取5、7次谐波分量,动态响应时间长,稳态误差大的问题,提出了闭环电流平均值法提取谐波分量。仿真结果表明,闭环电流平均值法可以提高系统的快速性和稳定性。将电流平均值法应用于PMSM谐波抑制系统,仿真结果表明:基于闭环电流平均值法的谐波电压注入法可以降低电流波形的畸变率及5、7次谐波含量。     

Characterization of NAVSTAR GPS and GLONASS on-board clocks

Investigation into navigation satellite on board clock frequency references and performance are reported. The focus is on the stability of the clocks aboard the NAVSTAR GPS (Global Positioning System) and GLONASS satellites as well as those used by their respective maser control stations and associated time scales. Allan-variance techniques have been applied to determine the long-term time-domain behavior of satellite clocks in an attempt to identify different regions of power spectral density. Coupled with analysis of relative-frequency drift over a period of many weeks, this behavior allows the type of satellite onboard standard to be tentatively identified. The known nature of the GPS clocks has shown that the different types of clocks aboard the satellites (crystal, rubidium, and cesium) are distinguishable given a sufficient sample time. The same approach has been applied to the GLONASS satellites, and a comparison of the results obtained from GPS has allowed conjecture on the type of clock used by the GLONASS satellites. It appears that GLONASS has used clocks of the quality of rubidium atomic oscillators since at least 1986, and that the quality and performance of onboard standards have increased steadily with time. Some current satellites perform well enough in terms of frequency drift, flicker FM noise floor, and long-term stability to compare favorably with the cesium beam standards carried on NAVSTAR GPS satellites launched in 1983-84     

基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计

基于差频技术的单块飞秒光学频率梳被广泛应用于光频的精密测量领域。通过将飞秒激光的重复频率和载波包络相移同时锁定至原子钟上,可以将飞秒光学频率梳的稳定状态延长至9 h。文中提出了一种基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计,并且针对两种待测光频的不同情况,给出了不同的测量方法。这种设计对将来实现高效率的光频测量具有重要意义。     

不同GNSS星载原子钟周期特性分析

高精度的卫星时钟修正是全球卫星导航系统实时精密单点定位和授时服务的重要基础。为了提高GNSS钟差预报精度，需要对GNSS星载原子钟的周期特性进行分析。基于2016年全年的GNSS精密卫星钟差数据，利用中位数方法进行了数据预处理，使用多项式拟合模型分析了卫星钟的拟合残差，利用频谱分析法分析了BDS、GPS卫星钟差的周期特性，全面分析了BDS、GPS星载原子钟的周期特性。分析结果表明：除Cs钟外，其他卫星钟差都表现出较好的周期特性，BDS、GPS的主周期项基本在12h、24h、6h附近；同时不同的轨道、原子钟，其钟差周期项不同，而相同的轨道类型，其钟差周期项也存在一定差异；卫星的钟差主周期分别近似为其卫星轨道周期的1/2倍、1倍、2倍。     

Frequency steering of spaceborne clocks based on XPNAV-1 observations

Due to high stable rotations, timing of pulsars provides a natural tool to correct the frequency deviation of spaceborne atomic clocks. Based on processing the observational data about a year of Crab pulsar given by XPNAV-1 satellite, we study the possibility of correcting the frequency deviation of spaceborne atomic clocks using pulsar timing. According to the observational data in X-ray band and the timing model parameters from radio observations, the pre-fit timing residuals with a level of 6...     

原子钟性能对卫星导航系统定位精度的影响分析

星载原子钟是卫星导航系统的关键设备,原子钟主要通过影响卫星钟差对定位精度产生影响,分析了GNSS星载原子钟性能对定位精度的影响.通过原理分析,建立了原子钟稳定度与卫星导航系统定位精度的关系.在不考虑控制段对星钟校准误差的前提下,将原子钟噪声与星上工作环境因素作为主要因素,分析了GPS-IIF铷钟和铯钟对钟差/定位误差的影响,并给出了分析结果.最后,利用iGMAS提供的钟差产品数据,对比了北斗和GPS部分原子钟的稳定度及其对定位精度的影响,为后续星载原子钟的发展与选择提供了一定参考.     

考虑电涡流效应的射流管伺服阀建模及频率特性

针对射流管伺服阀在电-磁-力-位移转换过程中的响应滞后问题,建立了考虑电涡流效应的力矩电动机数学模型,获取了力矩电动机的频率特性。以某型射流管伺服阀为例,建立了考虑电涡流效应的射流管伺服阀数学模型,得到了主要性能参数对伺服阀频率特性的影响规律。结果表明:气隙长度、气隙磁导率的增加以及气隙有效面积的减小会导致伺服阀响应变慢,控制线圈匝数不影响伺服阀的频率特性,导磁材料电导率的减小能提高伺服阀的响应速度。对伺服阀进行试验研究,理论值和试验值之间的差值约为5%,验证了所建模型的正确性和有效性。     

Moving clocks, reference frames and the twin paradox

It is the act of moving a clock out of one inertial frame of reference (IFR) and into another IFR which causes the clock to slow. But what of identical clocks constructed and calibrated in different IFRs? This paper takes a look at such a scenario, demonstrating that two such clocks would tick synchronously and concludes with a new look at the famous “twin-paradox” of special relativity